基于TMS320C542的脫機視頻圖象編/解碼系統的控制核心的設計

視頻圖象編/解碼的目的一方面要將模擬視頻信號轉化為數字信號來(lái)傳輸,另一方面,由于單純的視頻模數轉換所得到的圖像數據量非常龐大,必須應用圖象壓縮技術(shù)減少數據量。在圖象編/解碼領(lǐng)域有兩種實(shí)現方式,一種是基于微機平臺的實(shí)現方式,圖象數據通過(guò)微機軟件或者是利用基于微機總線(xiàn)的圖象處理卡進(jìn)行壓縮編碼,并且可以通過(guò)PC網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行數據傳輸。另一種方式拋開(kāi)了微機平臺,應用DSP為主的微處理器算法對圖象進(jìn)行壓縮/解壓縮的編/解碼處理。后一種方式構成的系統被稱(chēng)為脫機圖象系統。脫機圖象系統由于設備體積小,應用靈活簡(jiǎn)便,受到廣泛的關(guān)注。隨著(zhù)微處理技術(shù)的發(fā)展,專(zhuān)用的圖象壓縮/解壓縮ASIC芯片涌現,圖象處理算法已經(jīng)集成于A(yíng)SIC中,這就簡(jiǎn)化了脫機圖象系統的設計實(shí)現。

　　雖然專(zhuān)用圖象壓縮/解壓縮芯片已經(jīng)集成了編/解碼的算法,但是圖象壓縮效果的實(shí)時(shí)調節、數據速率的控制和圖象數據的傳輸仍然需要高速微處理器加以控制實(shí)現。本文主要從硬件設計角度,介紹在一個(gè)脫機視頻圖象編/解碼系統中,高速DSP芯片TMS320C542的設計應用。

　　1 TMS320C542的外圍接口功能

　　TMS320C542是美國TI公司C54x系列DSP中的一款。它是16位定點(diǎn)運算的高速微處理芯片,運算速度為40MIPS,工作電壓為5V,片內RAM有10K字,是該系列中片內RAM較大的。C542主要的外圍硬件接口功能如下：

　　·并行IO接口,包括16位地址線(xiàn)和16位數據線(xiàn)。地址線(xiàn)是單向的輸出引腳,數據線(xiàn)為雙向引腳。協(xié)該接口工作的還有數據區選通信號DS、程序區選通信號PS、IO端口選通信號IS、存儲訪(fǎng)問(wèn)的數據鎖存信號MSTRB、IO端口訪(fǎng)問(wèn)的數據鎖存信號IOSTRB和讀寫(xiě)信號R/W。

　　·5條外部中斷信號線(xiàn),其中有一個(gè)是不可屏蔽中斷,其余的4個(gè)是可屏蔽中斷。

·1條程序條件跳轉控制輸入線(xiàn)和1條外部標志信號輸出線(xiàn)XF。

　　·兩個(gè)串行通信號,其中一個(gè)是具有數據緩沖區的高速串口BSP,另一個(gè)是時(shí)分復接TDM串行通信口。數據緩沖串口BSP由全雙工的串行接口和最大可以達到2K字長(cháng)的數據緩沖區構成,當采用緩沖發(fā)送/接收模式時(shí),緩沖區中的數據的發(fā)送/接收過(guò)程不影響DSP運行其它程序代碼。

　　·主控接口HPI,用于外部處理器或者微機總線(xiàn)與DSP之間的數據訪(fǎng)問(wèn)控制。外部處理器或微機可以利用這個(gè)接口訪(fǎng)問(wèn)DSP內部的指定內存空間,進(jìn)行數據的讀出或寫(xiě)入,而不妨礙DSP內部程序正常的運行處理。即使外部處理器的處理速度很慢,HPI接口也不會(huì )減慢或停止DSP的運算。如果外部處理器有必要申請DSP的服務(wù),也可以利用此端口引發(fā)DSP的相應中斷。

　　作為脫機視頻編/解碼系統核心的DSP既要具有高速的計算能力,又希望能夠提供良好的外圍接口和通信接口,C542的性能符合本系統的需要。

　　2 DSP的外圍關(guān)系

　　本系統中DSP的外圍器件比較多,而且各自都具有特殊的功能和用法,所以理順它們的電氣關(guān)系,是系統設計的首要問(wèn)題。

　　2.1 DSP的程序載入所需要的外圍

　　C542的運行程序除了廠(chǎng)家直接燒制到片內ROM的情況外,需要外加器件幫助DSP存儲程序。在系統上電復位后,首先要將程序代碼由片加載到DSP的片內RAM中再執行。C54x提供了多種程序加載的方法：HPI接口程序加載方法、8位I/O接口程序加載方法、16位I/O接口程序加載方法、8位并行EPROM程序加載方法、16位并行EPROM程序加載方法和串口程序加載方法。本系統選擇用一片32K×8bit的EPROM采用8位并行ERTPM的程序加載方法給DSP加載程序。

　　DSP在上電打電報位后首先讀取IO端口地址為OFFFFh的數據SRC。這個(gè)16位數據SRC的最低兩位bit1-0決定用戶(hù)所選擇的程序下載方法。當這兩位是01時(shí),即可選擇8位并行EPROM程序加載方法。然后,SRC的bit7-2位數據乘以2 10后的結果將作為DSP訪(fǎng)問(wèn)EPROM的起始地址。此后,DSP將把程序代碼從這個(gè)起始地址開(kāi)始的數據區載入到程序區里去執行。

本系統將一片32K×8bit的EPROM作為起始地址為8000h的數據空間存儲加載程序。此時(shí)，SRC的bit7～0應設置為10000001。本系統依據CMOS電路規范,采用4.7kΩ的電阻將DSP數據線(xiàn)的第0、7位上拉為高電平,同時(shí)數據線(xiàn)的1～6位用4.7kΩ電阻下拉接地。電阻的使用使得一方面當有器件驅動(dòng)數據總線(xiàn)時(shí)不會(huì )影響數據線(xiàn)上的正確邏輯,另一方面當DSP訪(fǎng)問(wèn)0FFFFh的IO端口時(shí),只要其它芯片釋放數據總線(xiàn),DSP就可以讀取到正確的SRC數據。

　　2.2 專(zhuān)用視頻圖象編/解碼ASIC

　　專(zhuān)用視頻圖象編/解碼ASIC可以提供16位的數據接口,通過(guò)4根地址線(xiàn)來(lái)選擇訪(fǎng)問(wèn)ASIC的內部不同寄存器的數據。通過(guò)這個(gè)接口,DSP可以設置視頻圖象編/解碼的工作狀態(tài),圖象壓縮效果。通過(guò)這個(gè)接口,DSP也可以讀取到圖象的相關(guān)統計數據,比如圖象的總亮度,像素的最大亮度和最小亮度等信息,以便為DSP調整壓縮效果提供依據。通過(guò)這個(gè)接口,還可以讀出壓縮圖象數據或者寫(xiě)入壓縮圖象數據,此時(shí),該接口等效為一個(gè)FIFO接口,這個(gè)專(zhuān)用視頻編/解碼ASIC能夠主動(dòng)發(fā)出服務(wù)請求中斷,向DSP申請數據訪(fǎng)問(wèn)和控制處理。

　　根據這個(gè)專(zhuān)用視頻編/解碼ASIC的接口特點(diǎn),本系統利用DSP的IO端口來(lái)訪(fǎng)問(wèn)處理該外設器件。

　　2.3 低速控制單片機

　　DSP作為高速的運算處理器不適合低速的控制應用。本系統中,對圖象亮度、色度和對比度的調節,對攝像云臺的控制,對用戶(hù)控制器信號的接收以及對系統工作狀態(tài)指示燈的顯示,都是一些低速的控制。本系統選用單片機來(lái)完成這些工作,這樣同時(shí)也就需要DSP和單片機交換控制命令。

　　C542的HPI接口提供了一個(gè)很好的DSP和單片機之間通信的解決方法。雖然HPI接口的8條數據線(xiàn)和5條訪(fǎng)問(wèn)控制線(xiàn)要占用單片機的13個(gè)IO引腳,但是本系統所有單片機IO資源是足夠的。有了HPI接口,單片機可以將用戶(hù)命令發(fā)送給DSP,并通過(guò)引發(fā)DSP中斷申請DSP處理。DSP也可以將命令通過(guò)HPI接口要求單片機執行相應操作。利用HPI接口的特點(diǎn),兩個(gè)微處理器之間的通信不必匹配數據輸速率,也不會(huì )影響各自程序的執行速度。